專利名稱：軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法
技術領域：
本發明涉及ー種軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法。
背景技術：
隨著社會經濟的快速發展，我國城市地鐵建設的規模正迅速擴大，同時出于防災減災的需要，對地下鉄道的車站和區間隧道開展建立抗震設計方法的研究正日益得到人們的關注。計算機和數值模擬計 算技術的快速發展，給解決這類問題提供了有效的工具，且迄今已提出多種算法，然而由于對其涉及的各類復雜因素的影響尚認識不足，由不同的計算方法或模型得出的結果之間常有很大的差異，且很難鑒別各自結果的合理性。試驗研究是解決這類問題的有效手段。本項研究技術_在通過對地鐵車站結構進行振動臺模型試驗，深入了解軟土地鐵結構動カ反應的規律，以便為檢驗理論計算結果的正確性提供驗證，并為改進計算模型和分析方法等提供依據。地鐵車站結構振動臺試驗結果受土層參數、結構材料參數、結構模型大小、試驗量測裝置的影響較大，近些年來國內外有眾多學者對地下鉄道建筑結構進行了振動臺試驗研究，其中大多學者采用有機玻璃材料模型或在可液化土層中進行振動臺試驗，其試驗結果誤差較大。
發明內容
本發明的目的在于提供ー種軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法。本發明提出的軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法，包括振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備、模型箱的設計、典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬設計以及振動過程中結構的量測系統的設計；具體步驟如下
(1)振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備
振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備包括，模型土的取材與備料，模型土配制的基本控制指標，模型土配制及裝箱的方法；
模型箱土的取材與備料即在取土時，盡量取原狀土將數量足夠的土體在空曠場地上平鋪攤開，剔除其中雜物，及將粘結在一起的土塊人工粉碎至小塊后，自然風干至不粘手為止，然后對其進ー步碾輥粉碎至均勻細顆粒狀，過篩后成為可直接供配制模型土使用的材料；
試驗過程中注意了使備料妥善放置，使其免受雨水的影響，同時防止再次混入雜物。模型圖配制的基本控制指標包括含水量的控制和模型土裝填密度的控制，根據前期研究的結果，本次試驗擬將模型土的含水率控制在3(Γ33%之間、密度控制在
I.9(Tl. 92g/cm3范圍內。采用上述指標時，模型土的動カ特性指標可符合本次振動臺模型試驗的要求，且模型土易于均勻拌制，并可通過制作試樣測定模型土的動カ特性；
(2)模型箱的設計
地鐵車站結構振動臺試驗的模型箱由聚苯こ烯泡沫塑料板I、聚氯こ烯薄膜2、角鋼支撐3、木板4、振動臺5和角鋼斜支撐6組成，其中聚苯こ烯泡沫塑料板I設置在在水平振動方向垂直的方向上，作為模型箱的內壁均襯，厚度為175mm ;聚氯こ烯薄膜2設置在順沿水平振動的方向上，作為模型箱的內壁均襯，且均勻粘貼，以減小在箱壁與土體的接觸面上的摩擦阻力；角鋼支撐3和木板4組成模型箱剛性固定邊界，由焊接熱軋等邊角鋼制成支撐框架；振動臺5通常由振動臺臺面、基礎、泵源以及油壓分配系統、加振器、模擬信號輸出系統、數據采集系統和數據處理系統等組成，并有臺面尺寸、最大載重量、振動方式、臺面最大加速度和頻率范圍等主要指標；同濟大學振動臺試驗室擁有的設備是由美國MTS公司生產的三向電液伺服驅動地震模擬振動臺，其主要性能參數為
臺面尺寸4. 0mX4. Om
最大承載重15t
振動方式X、Y、Z三向六自由度
臺面最大加速度 X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g 頻率范圍O. ΓδΟΗζ
(3)典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬設計
典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬技術主要包括模型設計的相似原則以及相似關系。模型設計中據以確定相似關系的原則選為
1)采用重力失真模型，將主要構件的幾何相似比及主要材料的彈性模量相似比和質量密度相似比作為模型設計的獨立參數；
2)土和結構遵循相同的相似比例關系，使土ー結構模型系統可在一定程度上反應原型系統的土與結構相互作用的特性；
3)確定模型相似關系時同時考慮振動臺的性能、制作模型的條件、試驗室起吊設備的能力和模型安裝エ藝要求等因素對試驗實施的制約。相似關系見表I :
表I模型相似系數及其相互關系表
權利要求
1. ー種軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法，其特征在于包括振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備、模型箱的設計、典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬設計以及振動過程中結構的量測系統的設計；具體步驟如下 (1)振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備 振動臺模型試驗中模型箱內軟土的制備包括，模型土的取材與備料，模型土配制的基本控制指標，模型土配制及裝箱的方法； 模型箱土的取材與備料即在取土時，盡量取原狀土將數量足夠的土體在空曠場地上平鋪攤開，剔除其中雜物，及將粘結在一起的土塊人工粉碎至小塊后，自然風干至不粘手為止，然后對其進ー步碾輥粉碎至均勻細顆粒狀，過篩后成為可直接供配制模型土使用的材料；試驗過程中注意了使備料妥善放置，使其免受雨水的影響，同時防止再次混入雜物；模型圖配制的基本控制指標包括含水量的控制和模型土裝填密度的控制，根據前期研究的結果，本次試驗擬將模型土的含水率控制在3(Γ33%之間、密度控制在I. 9(Tl. 92g/cm3范圍內；采用上述指標時，模型土的動カ特性指標可符合本次振動臺模型試驗的要求，且模型土易于均勻拌制，并通過制作試樣測定模型土的動カ特性； (2)模型箱的設計 地鐵車站結構振動臺試驗的模型箱由聚苯こ烯泡沫塑料板(I)、聚氯こ烯薄膜(2)、角鋼支撐⑶、木板⑷、振動臺(5)和角鋼斜支撐(6)組成，其中聚苯こ烯泡沫塑料板⑴設置在在水平振動方向垂直的方向上，作為模型箱的內壁均襯，厚度為175mm ;聚氯こ烯薄膜(2)設置在順沿水平振動的方向上，作為模型箱的內壁均襯，且均勻粘貼；角鋼支撐(3)和木板(4)組成模型箱剛性固定邊界，焊接熱軋邊角鋼制成支撐框架；振動臺(5)通常由振動臺臺面、基礎、泵源以及油壓分配系統、加振器、模擬信號輸出系統、數據采集系統和數據處理系統組成,并有臺面尺寸、最大載重量、振動方式、臺面最大加速度和頻率范圍主要指標；所述設備是由美國MTS公司生產的三向電液伺服驅動地震模擬振動臺，其性能參數為 臺面尺寸4. 0mX4. Om 最大承載重15t 振動方式X、Y、Z三向六自由度 臺面最大加速度 X向1.2g、Y向0.8g、Z向0.7g 頻率范圍O. ΓδΟΗζ ； (3)典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬設計 典型地鐵車站結構及接頭結構的試驗模擬技術主要包括模型設計的相似原則以及相似關系； 模型設計中據以確定相似關系的原則選為 采用重力失真模型，將主要構件的幾何相似比及主要材料的彈性模量相似比和質量密度相似比作為模型設計的獨立參數； 土和結構遵循相同的相似比例關系，使土ー結構模型系統可在一定程度上反應原型系統的土與結構相互作用的特性； 確定模型相似關系時同時考慮振動臺的性能、制作模型的條件、試驗室起吊設備的能力和模型安裝エ藝要求因素對試驗實施的制約；相似關系見表I : 表I模型相似系數及其相互關系表
全文摘要
本發明涉及一種軟土地鐵結構振動臺成套試驗方法，包括振動臺模型試驗中模型箱內軟土制備、模型箱設計、典型地鐵車站結構及接頭結構試驗模擬以及量測系統。車站結構及接頭結構模型模型均采用微粒鋼筋混凝土結構制作，模型箱激振方向上剛性邊界的內側襯有柔性材料。剛性固定邊界由角鋼制成支撐框架，其內采用木板作為箱體側壁，底部材料為鋼板。在與水平振動方向垂直的方向上，箱體內壁均襯聚苯乙烯泡沫塑料板；在順沿水平振動的方向上，箱體內壁均粘貼聚氯乙烯薄膜，模型箱底部粘貼碎石。量測系統的電阻應變片式土壓力盒量測模型箱內土體的動土壓力時程，電阻應變傳感器量測車站結構的應變時程，壓電式加速度傳感器量測土體和車站結構的加速度時程。本發明實現了軟土地區的地下鐵道建筑結構中的車站結構、區間隧道結構共同體的振動臺試驗。
文檔編號G01M7/06GK102645310SQ20121013890
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者季倩倩, 楊林德, 鄭永來, 隋濤, 馬險峰 申請人:同濟大學